★應用型本科教材，從理論到仿真和實驗，三位一體
提升學生的應用能力
✦
《數字電路與邏輯設計》
（56學時）教學大綱
✦
中文名稱
數字電路與邏輯設計
英文名稱
Digital Circuits and Logic Design
課程編號
EEE020110
課程性質
專業必修課程
適用專業
計算機、自動化、電子信息工程、物聯網工程、通信工程
開課時間
第三學期
總學時及學時分配
56學時（理論）
總學分
3.5
預修課程
大學計算機基礎與應用(COM00200D)
1
課程目標
本課程是測控技術與儀器、電子信息工程、電氣工程及自動化、計算機等專業的一門專業基礎課程。該課程詳細介紹了數字邏輯的基礎內容、邏輯門電路、組合邏輯電路、鎖存器和觸發器、時序邏輯電路、脈衝波形的變換與產生、數模與模數轉換、存儲器和可編程邏輯器件。該課程結合集成芯片，採用通俗易懂的敘述方式，進行系統而廣泛的描述，旨在培養學生了解和掌握典型數字集成電路的基本知識、使用方法和設計要點的基本技能。具體目標如下：
1. 理解數字電路的基本概念、基本原理，掌握數字電路的分析、設計和應用方法；
2. 掌握中規模集成電路的設計方法和分析方法；
3. 掌握典型的集成芯片的應用與設計；
4. 培養學生的實踐動手能力；
5. 理解半導體存儲器的結構與功能。
註：畢業要求中A、B、C、D、E、F、G、…對應畢業要求中各項具體內容。
2
課程主要內容及學時分配
第1章 數字邏輯概論（支撐課程目標1，4學時）
教學要求：
（1）理解數字電路與數字信號；
（2）掌握數制及數制之間的相互轉換；
（3）掌握二進制數的算術運算；
（4）掌握二進制代碼；
（5）理解二值邏輯變量與基本邏輯運算；
（6）掌握輯函數及其表示方法。
教學內容：
（1）數字電路與數字信號：數字技術的發展及其應用；數字集成電路的分類及特點；模擬信號與數字信號；數字信號的描述方法。
（2）數制：十進制；®二進制；®十六進制和八進制；®進制之間的相互轉換。
（3）二進制數的算術運算：無符號二進制數的算術運算；²帶符號二進制數的算術運算。
（4）二進制代碼：自然二進制碼；®二-十進制編碼；®格雷碼；ASCII碼。
（5）二值邏輯變量與基本邏輯運算
（6）邏輯函數及其²表示方法
第2章 邏輯代數基礎（支撐課程目標1，4學時）
教學要求：
（1）熟悉邏輯代數的基本定律和基本規則；
（2）掌握邏輯函數的®代數化簡法和²卡諾圖化簡法。
教學內容：
（1）邏輯代數：®邏輯代數的基本定律和恆等式；®邏輯代數的基本規則；²邏輯函數的變換及代數化簡法。
（2）邏輯函數的卡諾圖化簡法：®最小項的定義及其性質；邏輯函數的最小項表達式；用卡諾圖表示邏輯函數；²用卡諾圖化簡邏輯函數。
第3章 邏輯門電路（支撐課程目標1，4學時）
教學要求：
（1）了解邏輯門電路的分類和特點；
（2）掌握典型邏輯門的功能、外特性和實際使用中的一些問題。
教學內容：
（1） MOS邏輯門電路：MOS管的開關特性；®CMOS反相器和傳輸門；®CMOS與非門、或非門和異或門；²CMOS漏極開路門電路和三態輸出門電路；CMOS門電路的電氣特性和參數。
（2）TTL邏輯門電路：²三極管的開關特性；反相器的基本電路；®TTL邏輯門電路；²集電極開路門和三態門。
（3）邏輯描述中的幾個問題：正負邏輯問題；基本邏輯門電路的等效符號及其應用。
（4）邏輯門電路使用中的幾個實際問題：²各種門電路之間的接口問題；抗干擾措施。
第4章 組合邏輯電路（支撐課程目標1、2、3，14學時）
教學要求：
（1）熟練掌握組合邏輯電路的分析方法和設計方法；
（2）掌握編碼器、譯碼器、數據選擇器、數據分配器、數值比較器、算術運算電路等組合邏輯器件的邏輯功能及其應用；
（3）了解典型的組合集成電路。
教學內容：
（1）概述：組合邏輯電路的®概念、基礎知識。
（2）組合邏輯電路的®分析。
（3）組合邏輯電路的²設計。
（4） 組合邏輯電路中的競爭冒險：產生競爭冒險的原因；®競爭冒險現象的識別；®競爭冒險的消去方法。
（5）常用組合邏輯集成電路：®編碼器；®譯碼器/數據分配器；®數據選擇器；數值比較器；算術運算電路。
第5章 鎖存器和觸發器（支撐課程目標1、2，4學時）
教學要求：
（1）了解鎖存器、觸發器的電路結構和工作原理；
（2）掌握RS鎖存器、JK觸發器、D觸發器及T 觸發器的邏輯功能；
（3）正確理解鎖存器、觸發器的動態特性。
教學內容：
（1）概述：®鎖存器與觸發器；鎖存器和觸發器邏輯功能描述方法；雙穩態存儲單元電路。
（2）鎖存器：®基本RS鎖存器；鎖存器和觸發器邏輯功能描述；邏輯門控RS鎖存器---同步觸發器；D鎖存器。
（3）觸發器的電路結構和工作原理：¯主從觸發器；¯維持阻塞觸發器；¯利用傳輸延遲的觸發器。
（4）觸發器的邏輯功能：®D觸發器；®JK觸發器；T觸發器；T』觸發器；RS觸發器；觸發器功能轉換。
第6章 時序邏輯電路（支撐課程目標1、2、3，12學時）
教學要求：
（1）掌握同步時序邏輯電路的分析方法和設計方法。(以觸發器和門電路構成)；
（2）了解典型時序邏輯電路(寄存器、計數器等)的結構和工作原理，掌握其功能和應用。
教學內容：
（1）時序邏輯電路的基本概念：時序邏輯電路的特點；時序邏輯電路的分類；時序邏輯電路的功能描述。
（2）同步時序邏輯電路的分析：®分析同步時序邏輯電路的一般步驟；同步時序邏輯電路分析舉例。
（3）異步時序邏輯電路的分析。
（4）若干典型的時序邏輯電路：®寄存器和移位寄存器；¯計數器。
（5）同步時序邏輯電路的設計：²設計同步時序邏輯電路的一般步驟；²同步時序邏輯電路設計舉例。
第8章 脈衝波形的產生與變換（支撐課程目標1、4，6學時）
教學要求：
（1）了解門電路組成的單穩態觸發器、施密特觸發器、多諧振盪器的電路組成，理解其工作原理和應用；
（2）理解555定時器的工作原理，掌握其應用。
教學內容：
（1）基礎知識。
（2）單穩態觸發器：用門電路組成的單穩態觸發器；集成單穩態觸發器；單穩態觸發器的應用。
（3）施密特觸發器：用門電路組成的施密特觸發器；®施密特觸發器的應用。
（4）多諧振盪器：用門電路組成的多諧振盪器；²用施密特觸發器構成的多諧振盪器；石英晶體振盪器。
（5）555定時器及其應用：®555定時器；®用555定時器組成的單穩態觸發器；®用555定時器組成的施密特觸發器；®用555定時器組成的多諧振盪器。
第9章 數/模和模/數轉換（支撐課程目標1、4，4學時）
教學要求：
（1）了解典型的D/A和A/D轉換器的電路結構，理解其工作原理及應用；
（2）了解D/A和A/D轉換器的主要性能指標。
教學內容：
（1）D/A轉換器：D/A轉換的基本原理；權電阻網絡型D/A轉換器；倒T形電阻網絡D/A轉換器；權電流型D/A轉換器；雙極性D/A轉換器；D/A轉換器的技術指標；集成D/A轉換器及其應用。
（2）A/D轉換器：A/D轉換的基本原理，並行比較型A/D轉換器；逐次逼近型A/D轉換器；雙積分型A/D轉換器；A/D轉換器的主要技術指標；集成A/D轉換器簡介。
第7章 存儲器、複雜可編程期間和現場可編程門陣列（支撐課程目標1、5，4學時）
教學要求：
（1）了解半導體存儲器的結構、功能和特點；
（2）了解可編程邏輯器件的結構、功能和特點。
教學內容：
（1）只讀存儲器
®ROM的定義與基本結構；®二維譯碼；可編程ROM；集成電路ROM；ROM的讀寫操作與時序圖；ROM的應用舉例。
（2）隨機存取存儲器
®靜態隨機存取存儲器；同步靜態隨機存取存儲器；動態隨機存取存儲器。
（3）存儲器容量的擴展
®位擴展方式；字擴展方式；字、位同時擴展。
3
教學組織與方法
在教學方法上，根據具體教學內容，綜合運用課堂講授、課堂討論、課堂練習、發現學習法和自學指導法，通過引入問題和啟發式教學，使學生更加明確教學內容的知識體系，引導學生主動學習，激發內在學習動機，提高課堂的積極性，通過實例使學生能夠舉一反三，強化所學知識的理解和運用。
4
成績考核與評定
5
推薦教材和教學參考書目與文獻
推薦教材：《數字電路與邏輯設計》，白彥霞、趙燕主編，清華大學出版社，2021年。
✦
教學日曆
✦
2022~2023學年第一學期
課程名稱
數字電路與邏輯設計
課程編號
EEE020110
學 分
3.5
開課學院
智能工程學院
教學班
自控2101-2004、信工2104班、通信2101班
講課教師
白彥霞
助課教師
總 學 時
56學時
✦
教案
✦
*截取部分樣例
✦
配套參考教材
✦
掃碼優惠購書
《數字電路與邏輯設計》
ISBN：9787302581130
作者：白彥霞、趙燕、陳曉芳
定價：79元
內容簡介
本書為適應培養應用型人才需要和高校教學改革新要求，根據授課團隊多年的教學實踐和改革經驗編寫而成，深入淺出地介紹了數字電路與邏輯設計的基本知識、基本理論、基本器件和基本方法，詳細介紹了各種邏輯電路的分析、設計與實現的全過程。
本書論述嚴謹，概念準確，文句精練，題例豐富，內容取捨兼顧相關知識的成熟性和先進性。
本書的突出特點是理論知識與實際應用緊密結合，通過實驗內容和數字電路應用實例加深對理論知識的深入理解和綜合應用，既達到了對基礎理論知識的驗證，又實現了對理論知識的升華。
本書篇幅適中、可讀性強，可作為普通高等院校計算機相關專業、電氣自動化技術和信息類相關專業應用型本（專）科的教材或參考書，也可供從事電子技術工作的工程技術人員參考。
目錄
向上滑動閱覽
第1章數字邏輯概論/1
1.1數字電路與數字信號1
1.1.1數字技術的發展及其應用1
1.1.2數字集成電路的分類及特點3
1.1.3模擬信號與數字信號6
1.1.4數字信號的描述方法7
1.2數制10
1.2.1十進制11
1.2.2二進制11
1.2.3十六進制和八進制13
1.2.4進制之間的相互轉換15
1.3二進制數的算術運算18
1.3.1無符號二進制數的算術運算18
1.3.2帶符號二進制數的算術運算19
1.4二進制代碼22
1.4.1自然二進制碼22
1.4.2二~十進制編碼22
1.4.3格雷碼23
1.4.4ASCII碼24
1.5二值邏輯變量與基本邏輯運算24
1.6邏輯函數及其表示方法28
本章小結30
課後習題30
第2章邏輯代數基礎/33
2.1邏輯代數33
2.1.1邏輯代數的基本定律和恆等式33
2.1.2邏輯代數的基本規則35
2.1.3邏輯函數的變換及代數化簡法37
2.2邏輯函數的卡諾圖化簡法40
2.2.1最小項的定義及其性質40
2.2.2邏輯函數的最小項表達式42
2.2.3用卡諾圖表示邏輯函數42
2.2.4用卡諾圖化簡邏輯函數44
本章小結47
課後習題47
第3章邏輯門電路/50
3.1MOS邏輯門電路50
3.1.1概述50
3.1.2MOS管的開關特性52
3.1.3CMOS反相器和傳輸門53
3.1.4CMOS與非門、或非門和異或門55
3.1.5CMOS漏極開路門電路和三態輸出門電路56
3.1.6CMOS門電路的電氣特性和參數61
3.2TTL邏輯門電路67
3.2.1三極管的開關特性67
3.2.2反相器的基本電路68
3.2.3TTL邏輯門電路71
3.2.4集電極開路門和三態門72
3.3邏輯描述中的幾個問題74
3.3.1正負邏輯問題74
3.3.2基本邏輯門電路的等效符號及其應用75
3.4邏輯門電路使用中的幾個實際問題78
3.4.1各種門電路之間的接口問題78
3.4.2抗干擾措施81
本章小結82
課後習題83
第4章組合邏輯電路/85
4.1概述85
4.2組合邏輯電路的分析86
4.3組合邏輯電路的設計88
4.4組合邏輯電路中的競爭冒險93
4.4.1產生競爭冒險的原因93
4.4.2競爭冒險現象的識別94
4.4.3競爭冒險的消去方法96
4.5常用組合邏輯集成電路98
4.5.1編碼器99
4.5.2譯碼器/數據分配器104
4.5.3數據選擇器117
4.5.4數值比較器123
4.5.5算術運算電路128
本章小結133
課後習題134
第5章鎖存器與觸發器/142
5.1概述142
5.1.1鎖存器與觸發器142
5.1.2鎖存器和觸發器邏輯功能描述方法143
5.1.3雙穩態存儲單元電路143
5.2鎖存器144
5.2.1基本SR鎖存器144
5.2.2鎖存器和觸發器邏輯功能描述145
5.2.3邏輯門控SR鎖存器——同步觸發器147
5.2.4D鎖存器149
5.3觸發器的電路結構和工作原理151
5.3.1主從觸發器151
5.3.2維持阻塞觸發器152
5.3.3利用傳輸延遲的觸發器154
5.4觸發器的邏輯功能155
5.4.1D觸發器156
5.4.2JK觸發器156
5.4.3T觸發器158
5.4.4T′觸發器158
5.4.5SR觸發器159
5.4.6觸發器功能轉換159
本章小結160
課後習題161
第6章時序邏輯電路/165
6.1時序邏輯電路的基本概念165
6.1.1時序邏輯電路的特點165
6.1.2時序邏輯電路的分類166
6.1.3時序邏輯電路的功能描述168
6.2同步時序邏輯電路的分析170
6.2.1分析同步時序邏輯電路的一般步驟171
6.2.2同步時序邏輯電路分析舉例171
6.3異步時序邏輯電路的分析176
6.4若干典型的時序邏輯電路178
6.4.1寄存器和移位寄存器179
6.4.2計數器186
6.5同步時序邏輯電路的設計202
6.5.1設計同步時序邏輯電路的一般步驟203
6.5.2同步時序邏輯電路設計舉例204
本章小結212
課後習題213
第7章脈衝波形的產生與變換/220
7.1概述220
7.2單穩態觸發器221
7.2.1用門電路組成的單穩態觸發器221
7.2.2集成單穩態觸發器225
7.2.3單穩態觸發器的應用228
7.3施密特觸發器230
7.3.1用門電路組成的施密特觸發器230
7.3.2施密特觸發器的應用232
7.4多諧振盪器234
7.4.1用門電路組成的多諧振盪器234
7.4.2用施密特觸發器構成的多諧振盪器237
7.4.3石英晶體振盪器238
7.5555定時器及其應用239
7.5.1555定時器239
7.5.2用555定時器組成的單穩態觸發器241
7.5.3用555定時器組成的施密特觸發器242
7.5.4用555定時器組成的多諧振盪器243
本章小結244
課後習題245
第8章數模和模數轉換/254
8.1概述254
8.2D/A轉換器255
8.2.1D/A轉換的基本原理255
8.2.2權電阻網絡型D/A轉換器256
8.2.3倒T型電阻網絡D/A轉換器257
8.2.4權電流型D/A轉換器258
8.2.5雙極性D/A轉換器260
8.2.6D/A轉換器的技術指標262
8.2.7集成D/A轉換器及其應用264
8.3A/D轉換器267
8.3.1A/D轉換的基本原理267
8.3.2並行比較型A/D轉換器269
8.3.3逐次逼近型A/D轉換器271
8.3.4雙積分型A/D轉換器272
8.3.5A/D轉換器的主要技術指標275
8.3.6集成A/D轉換器簡介276
本章小結277
課後習題278
第9章半導體存儲器/282
9.1概述282
9.1.1半導體存儲器的分類282
9.1.2半導體存儲器的主要技術指標283
9.1.3常用概念283
9.2隻讀存儲器283
9.2.1ROM的定義與基本結構283
9.2.2二維譯碼285
9.2.3可編程ROM286
9.2.4集成電路ROM290
9.2.5ROM的讀操作與時序圖291
9.3隨機存儲器292
9.3.1靜態存儲器292
9.3.2動態存儲器293
9.4存儲器容量的擴展295
9.4.1位擴展方式295
9.4.2字擴展方式296
9.4.3字位同時擴展297
本章小結297
課後習題297
第10章可編程邏輯器件/299
10.1概述299
10.1.1數字集成電路的分類299
10.1.2PLD開發系統299
10.2可編程邏輯器件的基本特點300
10.3可編程邏輯陣列300
10.4可編程陣列邏輯301
10.5複雜的可編程邏輯器件301
10.5.1CPLD的結構301
10.5.2CPLD編程簡介310
本章小結311
課後習題312
第11章數字電路的Multisim仿真研究/313
11.1邏輯函數化簡與變換的Multisim仿真研究313
11.1.1仿真電路313
11.1.2仿真內容313
11.1.3仿真結果314
11.1.4結論315
11.2組合邏輯電路的Multisim仿真研究315
11.2.1仿真電路315
11.2.2仿真內容316
11.2.3仿真結果316
11.2.4結論317
11.3時序邏輯電路的Multisim仿真研究318
11.3.1仿真電路318
11.3.2仿真內容319
11.3.3仿真結果319
11.3.4結論321
11.4微分型單穩態觸發器的Multisim仿真研究321
11.4.1仿真電路321
11.4.2仿真內容321
11.4.3仿真結果321
11.4.4結論322
11.5555定時器構成的多諧振盪器的Multisim仿真研究324
11.5.1仿真電路324
11.5.2仿真內容324
11.5.3仿真結果324
11.5.4結論324
第12章數字電路應用實例/326
12.1遮擋式紅外聲光報警裝置326
12.1.1目的326
12.1.2電路原理326
12.1.3元器件清單327
12.1.4安裝與調試327
12.1.5思考題328
12.230秒倒計時器328
12.2.1目的328
12.2.2電路原理328
12.2.3元器件清單330
12.2.4安裝與調試330
12.2.5思考題330
12.3汽車尾燈控制電路331
12.3.1目的331
12.3.2設計要求331
12.3.3設計步驟331
12.3.4元器件清單336
12.3.5安裝與調試336
12.3.6思考題336
第13章實驗部分/337
13.1常用電子儀器的使用338
13.1.1實驗目的338
13.1.2實驗原理339
13.1.3實驗設備340
13.1.4實驗內容340
13.1.5實驗報告要求342
13.2TTL與非門的參數及電壓傳輸特性的測試342
13.2.1實驗目的343
13.2.2實驗原理343
13.2.3實驗設備345
13.2.4實驗內容345
13.2.5實驗報告要求347
13.3SSI組合邏輯電路的設計347
13.3.1實驗目的347
13.3.2實驗原理347
13.3.3實驗設備348
13.3.4實驗內容348
13.3.5實驗報告要求348
13.4譯碼器及其應用349
13.4.1實驗目的349
13.4.2實驗原理349
13.4.3實驗設備350
13.4.4實驗內容350
13.4.5實驗報告要求351
13.5數據選擇器及其應用351
13.5.1實驗目的351
13.5.2實驗原理351
13.5.3實驗設備352
13.5.4實驗內容352
13.5.5實驗報告要求353
13.6鎖存器和觸發器邏輯功能測試353
13.6.1實驗目的354
13.6.2實驗原理354
13.6.3實驗設備357
13.6.4實驗內容357
13.6.5實驗報告要求359
13.7寄存器邏輯功能測試359
13.7.1實驗目的359
13.7.2實驗原理360
13.7.3實驗設備360
13.7.4實驗內容361
13.7.5實驗報告要求363
13.8計數器的設計363
13.8.1實驗目的363
13.8.2實驗原理364
13.8.3實驗設備367
13.8.4實驗內容368
13.8.5實驗報告要求371
13.9RC環形多諧振盪器和單穩態觸發器371
13.9.1實驗目的371
13.9.2實驗原理372
13.9.3實驗設備375
13.9.4實驗內容376
13.9.5實驗報告要求377
13.10555定時器的應用378
13.10.1實驗目的378
13.10.2實驗原理378
13.10.3實驗設備383
13.10.4實驗內容383
13.10.5實驗報告要求385
13.11脈衝發生器以及計數、譯碼驅動和顯示綜合實驗385
13.11.1實驗目的385
13.11.2實驗原理385
13.11.3實驗設備388
13.11.4實驗內容389
13.11.5實驗報告要求389
13.12搶答器389
13.12.1實驗目的389
13.12.2實驗原理389
13.12.3實驗設備390
13.12.4實驗內容390
13.12.5實驗報告要求390
附錄A常用邏輯符號對照表/391
附錄BCMOS和TTL門電路的技術參數表/393
附錄C本書常用符號表/394
附錄D實驗設備/395
D.1UT39A+型數字式萬用表395
D.1.1概述395
D.1.2特點395
D.1.3外表結構及功能按鍵396
D.1.4使用方法397
D.2YB2172B型數字交流毫伏表398
D.2.1技術指標398
D.2.2面板圖及操作鍵作用說明398
D.2.3基本操作方法399
D.3YB1700系列直流穩壓電源399
D.3.1概述399
D.3.2技術指標400
D.3.3面板圖400
D.3.4按鍵或旋鈕的名稱和功能400
D.3.5基本操作方法401
D.4TFG6000系列DDS函數信號發生器401
D.4.1概述401
D.4.2技術指標402
D.4.3面板圖402
D.4.4屏幕顯示說明402
D.4.5鍵盤說明403
D.4.6基本操作404
D.5GOS-6021型雙通道示波器405
D.5.1概述405
D.5.2技術指標405
D.5.3前面板各按鍵和旋鈕的名稱和功能406
D.5.4後面板各按鍵和旋鈕的名稱和功能412
D.6THD-1型數字電路實驗箱412
D.6.1面板圖及組成412
D.6.2使用注意事項414
D.7色環電阻與電容415
參考文獻/417
單擊頁面下方【閱讀原文】，訂閱【教學大綱】欄目
留言列表